PPAR-γ防治糖尿病視網膜病變的作用機制*

.福建醫(yī)科大學第一臨床學院 .福建醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院，福建省眼科研究所 .解放軍第80醫(yī)院安 娜　鄭衛(wèi)東　楊麗君

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PPAR-γ防治糖尿病視網膜病變的作用機制*

1.福建醫(yī)科大學第一臨床學院 2.福建醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院，福建省眼科研究所 3.解放軍第180醫(yī)院
安 娜1鄭衛(wèi)東2楊麗君3

糖尿病視網膜病變（Diabetic retinopathy， DR）是糖尿病引起的微血管并發(fā)癥之一，是致盲的主要原因之一。高糖引起DR的機制包括糖基化終末產物（AGEs）的生成、氧化應激以及炎癥反應等。目前DR的發(fā)病機制尚未明確，治療DR仍然面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。最近研究顯示，過氧化物酶體增殖物激活受體-γ（PPAR-γ）及其激動劑噻唑烷二酮類藥物（TZDs）具有增強胰島素敏感性、拮抗 AGEs生成、抗氧化、抗炎以及抗血管生成等作用，可能成為治療由高糖引起視網膜損害的一種新方法。該文就PPAR-γ防治DR的作用機制進行綜述。

糖尿病視網膜病變 過氧化物酶體增殖物激活受體-γ 噻唑烷二酮類藥物

糖尿病視網膜病變（Diabetic retinopathy，DR）是糖尿病引起的嚴重微血管并發(fā)癥之一。它嚴重損害患者的視力，影響患者的生活質量。調查顯示，DR的發(fā)病率隨糖尿病病程的延長而逐漸升高。病人患糖尿病20年后，幾乎所有1型糖尿病發(fā)生DR，2型糖尿病（T2DM）發(fā)生DR的概率超過60%［1］。最近流行病學調查顯示，到 2030年，全球患DR的人數將從2010年的1.266億增長到1.910億，而威脅視力的DR則會從3.73千萬增長到5.63千萬［2］。雖然目前DR的發(fā)病機制尚未完全清楚［3］，但是，最近研究人員對 DR患者和適量的動物模型研究顯示，過氧化物酶體增殖物激活受體-γ （peroxisome proliferator-activated receptor-γ， PPAR-γ）及其基因 PPARG可能成為治療或者改善由高糖引起視網膜損害的一種新方法。

1　PPAR-γ概述

PPAR-γ是一種配體激活型轉錄因子，是核受體超家族成員。當其與配體結合后被激活，發(fā)生構象改變并與視黃醇 x受體（Retinoid X receptor，RXR）結合成異二聚體，同時釋放抑制蛋白并結合輔激活蛋白，形成一個包含多個亞單位的協(xié)同激活物，再與靶基因啟動子區(qū)域的過氧化物酶體增殖物反應元件（Peroxisome proliferators response element，PPRE）結合，從而發(fā)揮對靶基因的轉錄調控作用［4］。目前發(fā)現(xiàn)，PPAR-γ是調節(jié)脂質代謝、脂肪生成、糖類代謝、血管生成和炎癥反應的重要因子，主要分布于脂肪組織以及免疫細胞。在哺乳動物眼部，PPAR-γ主要分布于視網膜色素上皮、光感受器外節(jié)以及脈絡膜毛細血管［5］。Reiter CE［6］等發(fā)現(xiàn)正常視網膜表達高活性的胰島素受體/AKT信號通路，而且其表達胰島素受體蛋白的量相當于肝臟和大腦。研究顯示，糖尿病模型或者視網膜內皮細胞處于高糖環(huán)境下，視網膜表達PPAR-γ因子被抑制［7］，而PPAR-γ激動劑噻唑烷二酮類藥物（TZDs）羅格列酮可以延緩DR的發(fā)生和發(fā)展［8］。

2　PPAR-γ基因研究

PPAR-γ基因位于染色體3p25，全長1609bp，包含1～6個外顯子［9］。迄今發(fā)現(xiàn)PPAR-γRNA有4個亞型，4種PPAR-γ mRNA異構體在不同組織中表達不完全相同［10］。生物學、基因學以及功能學研究表明，PPAR-γ基因與DR的發(fā)生發(fā)展有著密切的關系［11-16］。目前有很多研究顯示，在 PPAR-γ編碼區(qū)的核苷酸變異可能增加T2DM患者并發(fā)DR的敏感性。目前關于PPAR-γ基因與DR關系的研究主要集中于PPAR-γ2，包括其核苷酸多態(tài)性以及變異性。Ma［15］等經meta分析認為，PPAR-γ中的Pro12Ala多態(tài)性與T2DM中的DR以及種族間差異存在重大聯(lián)系，其中，丙氨酸等位基因對 T2DM并發(fā)DR具有保護性影響。Petrovic［16］等對160名T2DM患者與101名 T2DM未并發(fā) DR患者進行比較研究發(fā)現(xiàn)，PPAR-γ輔助激活因子-1（PPARGC1）中的AA型基因Gly482Ser多態(tài)性可能是 T2DM并發(fā)視網膜病變的一個危險因素，而PPAR-γ中的Pro12Ala多態(tài)性則與DR無相關聯(lián)系。盡管對PPAR-γ基因與DR關系的研究存在爭議，但是這些研究提示PPAR-γ基因可能是DR治療的新方法。

3　PPAR-γ防治DR的作用機制

3.1降糖作用

高血糖是DR發(fā)生的主要原因，糖尿病患者體內長期高糖或血糖控制不達標可通過激活多元醇途徑、蛋白激酶C（PKC）途徑、非酶糖基化反應和氧化應激反應等促進DR的發(fā)生和發(fā)展。英國前瞻性糖尿病研究（UKPDS）證實，2型糖尿病患者微血管病變與血糖升高關系極為密切，嚴格控制血糖可以預防、延緩眼部微血管并發(fā)癥的發(fā)生［17］。實驗證明，TZDs 通過激活 PPAR-γ提高糖尿病患者對胰島素的敏感性［18］。PPAR-γ激動劑促進靶組織中糖的轉運及脂肪分解，并改善胰島B細胞功能，從而有效地控制血糖，對DR的防治發(fā)揮直接的作用。

3.2抑制AGEs的生成

人體內蛋白質、脂肪酸或核酸的氨基基團與還原糖的醛基通過非酶性糖基化反應（Maillard反應）形成Amadori產物，后者再經過一系列的脫水、濃縮、裂解、氧化、環(huán)化反應，使蛋白質發(fā)生分子內和分子間的交聯(lián)，最終形成不可逆的晚期糖基化終末產物（advanced glycation end products，AGEs）。在高血糖、衰老、高血壓、氧化應激等狀態(tài)下，AGEs糖基化反應加速并造成堆積，而蛋白質一旦被 AGEs所修飾，即喪失生理功能。糖尿病早期AGEs沉積在視網膜微血管壁，進而破壞血管基底膜正常結構，使毛細血管通透性增加。AGEs還可與細胞表面特異性受體（RAGE）結合，激活核轉導因子-kB（NF-kB）和PKC誘導的NADPH氧化酶活性，刺激多種細胞分泌細胞炎癥因子和生長因子，促進炎癥反應和氧化應激，形成一個級聯(lián)放大的惡性循環(huán)過程，從而促進DR的發(fā)生。此外，AGEs通過誘導周細胞釋放活性氧自由基（ROS），上調AGEs受體RAGE的mRNA表達，加重AGEs對血管壁細胞的損傷?？傊?，AGEs可誘導視網膜的細胞凋亡、新生血管的生成、白細胞黏附，破壞血—視網膜屏障（BRB）［14］。

PPAR-γ在很大程度上可以阻止由 AGEs誘導形成的血管并發(fā)癥。研究發(fā)現(xiàn)，替米沙坦通過激活PPAR-γ下調 RAGE的表達，從而減少由AGEs誘導的炎癥反應［19］。此外，替米沙坦可以下調RAGE mRNA的水平、抑制過氧化物的產生以及趨化因子MCP-1的表達，減少ROS的生成以及C反應蛋白（CRP）的表達，而這些效應可被PPAR-γ抑制劑 GW9662所阻止［20］。

3.3抗氧化應激和細胞凋亡

氧化應激是指體內活性氧化物質（主要是ROS）的產生和抗氧化防御體系之間失衡，從而導致組織損傷的一種狀態(tài)。長期高血糖刺激，使線粒體呼吸鏈功能異常，釋放大量ROS。ROS經線粒體途徑激活caspase家族，ROS的增加可引起線粒體內細胞色素c釋放入胞質。細胞色素c級聯(lián)引起caspase-3的激活；ROS還可以引起細胞膜脂質過氧化，細胞膜受損傷后可引起細胞內Ca2+濃度的增加；另外，ROS及其氧化應激產物可直接攻擊DNA，造成細胞分化功能障礙，增殖周期延長，導致細胞發(fā)生凋亡。在DR早期幾乎所有患者都發(fā)生氧化應激反應。氧化應激與視網膜毛細血管細胞的加速凋亡和微血管的異常有著密切的關系。

PPAR-γ內源性配體15-脫氧-Δ12，14-前列腺素-J2調節(jié)細胞抵御氧化應激。Brownlee［21］認為，線粒體產生過多的ROS是啟動糖尿病并發(fā)癥的發(fā)病機制之一，研究表明，PPAR-γ轉錄輔助活化因子PGC-1α可誘導經典的活性氧清除酶，調節(jié)線粒體內解偶聯(lián)蛋白UCP2和UCP3的表達，UCP2和UCP3 是ROS形成的重要因子。Lee［22］等認為，PPAR-γ激動劑通過調節(jié)谷胱甘肽過氧化物酶 3（GPx3）減少全身氧化應激。Yang等人［23］則報道吡格列酮可通過激活PKC，增加p66shc磷酸化，降低全身及腎臟的氧化應激水平。Mattos［24］等報道羅格列酮可直接通過PKC途徑抑制人外周血白細胞ROS的產生。雖然PPAR-γ激動劑抗氧化的具體作用機制尚不十分明了，但其抗氧化作用已為多數學者認可。

3.4抗炎作用

糖尿病視網膜病變是一種慢性炎癥性疾病。在糖尿病視網膜病變發(fā)生和發(fā)展過程中上調金屬蛋白酶-9（MMP-9）、纖連蛋白、環(huán)氧合酶-2（COX-2）和誘導性一氧化氮合酶（iNOS）等炎癥介質，通過改變炎癥相關下游效應蛋白的表達及活性，產生一系列級聯(lián)效應，引發(fā)各種炎癥反應，激活和增加白細胞黏附，增加血管通透性，促進內皮細胞遷移和增殖，最后導致視網膜細胞凋亡和新生血管產生。

研究表明，PPAR-γ通過抑制NF-kB阻止炎癥反應以及血管生成。在 STZ誘導的糖尿病動物模型中，羅格列酮可以抑制NF-kB以及黏附分子ICAM-1的表達［25］。當視網膜色素上皮暴露在高糖環(huán)境的炎癥模型中，寧夏枸杞的提取物牛磺酸激活PPAR-γ下調MMP-9、纖連蛋白、COX-2、iNOS等炎癥介質mRNA的表達［14］。PPAR-γ激動劑通過改變基因轉錄擁有多重效應，在DR早期，高糖對視網膜周細胞生成NO產生抑制作用，視網膜的血流量下降，而曲格列酮可以逆轉這種作用進而恢復視網膜的血流動力學。持續(xù)的高血糖可導致視網膜血流量加大，PPAR-γ激動劑通過抑制iNOS的表達減少NO的生成，從而降低視網膜的血流量。PPAR-γ在高糖引起的視網膜白細胞瘀滯以及白細胞滲漏中也發(fā)揮著重要作用［15］。

3.5抗血管生成和纖維化改變

隨著分子生物學發(fā)展，研究發(fā)現(xiàn)細胞因子 VEGF參與DR新生血管的形成，在DR的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。生理狀態(tài)下，VEGF能促進血管、淋巴管增生。在DR中，細胞和體液中VEGF的含量高于正常水平，引起毛細血管通透性改變，造成視網膜內屏障破壞導致視網膜滲出、出血及水腫，誘導血管生成素（Angiogenin）生成增加，協(xié)同促進視網膜新生血管的形成，造成視力損害。

研究已經證實，PPAR-γ激動劑可以抑制脈絡膜及角膜的新生血管［24］。Panigrahy等［26］報道，羅格列酮可作用于內皮細胞而抑制血管的生成。PPAR-γ抗血管生成作用的可能機制包括抑制依賴絲裂原蛋白激酶（MAPK）、Akt蛋白激酶的活化作用；上調血管生成抑制劑——血小板反應蛋白受體乳腺絲抑蛋白（Maspin）和CD36；抑制金屬蛋白酶和VEGF及 VEGF受體的表達；增加纖溶酶原抑制劑PAI-1以及金屬蛋白酶抑制劑的表達［27］。也有研究顯示，PPAR-γ通過調節(jié)COX-2的表達及其活性拮抗VEGF誘導的血管生成［28］。

在PDR中，轉化生長因子TGF-b對纖維化的病理改變起著關鍵作用。PPAR-γ激動劑通過下調TGF-b抑制病理性的纖維化改變。Hatanaka［29］等報道，PPAR-γ激動劑通過阻斷TGF-b信號通路，從而抑制視網膜血管內皮細胞的纖維化改變，但具體機制尚未完全清楚。

綜上所述，DR的發(fā)病機制復雜，至今沒有找到一種完美的防治方法。PPAR-γ通過上述幾種機制對DR起到保護作用，PPAR-γ激動劑TZDs有可能成為治療DR的一種新方法。

［1］ Fong DS， Aiello LP， Ferris FL 3rd， et al. Diabetic retinopathy［J］. Diabetes Care， 2004， 27（10）: 2540-2553.

［2］ Zheng YF， He MG， Congdon N.The worldwide epidemic of diabetic retinopathy［J］. IndianJOphthalmol，2012，60（5）: 428-431.

［3］ Costa V， Ciccodicola A. Is PPARG the key gene in diabetic retinopathy［J］ Br JPharmacol， 2012， 165（1）: 1-3.

［4］ Yessoufou A， Wah1i W. Multifaceted roles of peroxisome proIiferatoractivated receptors （PPARs） at the cellular and who1e organism levels［J］. Swiss Med Wkly， 2010， 140: w13071.

［5］ Herzlich AA， Tuo J， Chan CC. Peroxisome proliferator-activated receptor and age-related macular degeneration［J］. PPAR Res 2008， 2008: 389507.

［6］ Reiter CE， Wu X， Sandirasegarane L， et al. Diabetes reduces basal retinal insulin receptor signaling: reversal with systemic and local insulin［J］. Diabetes， 2006， 55（4）: 1148-1156.

［7］ Tawfik A， Sanders T， Kahook K， et al. Suppression of retinal peroxisome proliferator-activated receptor gamma in experimental diabetes and oxygen-induced retinopathy: role of NADPH oxidase［J］. Invest Ophthalmol Vis Sci， 2009， 50（2）: 878-884.

［8］ Shen LQ， Child A， Weber GM， et al. Rosiglitazone and delayed onset of proliferative diabetic retinopathy［J］. Arch Ophthalmol， 2008， 126（6）: 793-799.

［9］ 陳永熙，王偉銘，周同，陳楠. PPAR-γ作用及其相關信號轉導途徑［J］.細胞生物學雜志， 2006（28）：382-386.

［10］ 徐存拴，唐自闊. PPAR-γ偶聯(lián)的信號通路可能參與大鼠肝再生［J］. 基礎醫(yī)學與臨床， 2008（8）: 810-815.

［11］ Costa V， Casamassimi A， Esposito K， et al. Characterization of a novel polymorphism in PPARG regulatory region associated with type 2 diabetes and diabetic retinopathy in Italy［J］. J Biomed Biotechnolo， 2009， 2009: 126917.

［12］ Malecki MT， Cyganek K， Mirkiewicz-Sieradzka B， et al. Alanine variant of the Pro12Ala polymorphism of the PPARgamma gene might be associated with decreased risk of diabetic retinopathy in type 2 diabetes［J］. Diabetes Res Clin Pract， 2008， 80（1）: 139-145.

［13］ Song MK， Salam NK， Roufogalis BD， et al. Lycium barbarum （Goji Berry）extracts and its taurine component inhibit PPAR-γ-dependent gene transcription in human retinal pigment epithelial cells: Possible implications for diabetic retinopathy treatment［J］. Biochem Pharmacol， 2011， 82（9）: 1209-1218.

［14］ Song MK， Roufogalis BD， Huang TH. Modulation of diabetic retinopathy pathophysiology by natural medicines through PPAR-γ-related pharmacology［J］. Br J Pharmacol， 2012， 165（1）: 4-19.

［15］ Ma JL， Li Y， Zhou F， et al. Meta-analysis of association between the Pro12Ala polymorphism of the peroxisome proliferator-activated receptor-γ2 gene and diabetic retinopathy in Caucasians and Asians［J］. Mol Vis， 2012， 18（3）: 2352-2360.

［16］ Petrovic MG， Kunej T， Peterlin B， et al. Gly482Ser polymorphism of the peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1 gene might be a risk factor for diabetic retinopathy in Slovene population （Caucasians） with type 2 diabetes and the Pro12Ala polymorphism of the PPARγ gene is not［J］. Diabetes Metab Res Rev， 2005， 21（5）: 470-474.

［17］ Turner RC， Holman RR. Lessons from UK prospective diabetes study［J］. Diabetes Res Clin Pract， 1995， 28（SupplN）: S151-S157.

［18］ 徐陳，王莉莉，曹穎林，李松.PPARs:脂代謝調劑與胰島素增敏治療藥物的作用靶標［J］.ChinesePharmacologicalBulletin，2004，20（3）:241-244.

［19］ Yamagishi S， Nakamura K， Matsui T. Potential utility of telmisartan， an angiotensin II type 1 receptor blocker with peroxisome proliferator-activated receptor-gamma （PPAR-gamma）-modulating activity for the treatment of cardiometabolic disorders［J］. Curr Mol Med， 2007， 7（5）: 463-469.

［20］ Matsui T， Yamagishi S， Ueda S， et al. Telmisartan， an angiotensin II type 1 receptor blocker， inhibits advanced glycation end-product （AGE）-induced monocyte chemoattractant protein-1 expression in mesangial cells through downregulation of receptor for AGEs via peroxisome proliferator- activated receptor-gamma activation［J］. J Int Med Res， 2007， 35（4）: 482-489.

［21］ Brownlee M. The pathobiology of diabetic complications: a unifying mechanism［J］. Diabetes， 2005， 54（6）: 1615-1625.

［22］ Lee YS， Kim AY， Choi JW， et a1. Dysregulation of adipose glutathione peroxidase 3 in obesity contributes to local and systemic oxidative stress［J］.Mol Endocfinol，2008，22（9）: 2176-2189.

［23］ Yang HC， Deleuze S， Zuo Y， et a1. The PPAR Agonist Pioglitazone Ameliorates Aging-Related Progressive Renal Injury［J］.J Am Soc Nephrol，2009，20（11）: 2380-2388.

［24］ Mattos RT， Bosco AA， Nogueira-Machado JA. Rosiglitazone， a PPAR-1 agonist， inhibits VEGF secretion by peripheral blood mononuclear cells and ROS production by human leukocytes［J］.Inflamm Res，2012，61（1）: 37-41.

［25］ Muranaka K， Yanagi Y， Tamaki Y， Usui T， Kubota N， Iriyama A， et al. Effects of peroxisome proliferator-activated receptor gamma and its ligand on blood-retinal barrier in a streptozotocin-induced diabetic model［J］. Invest Ophthalmol Vis Sci， 2006， 47（10）: 4547-4552.

［26］ Panigrahy D， Huang S， Kieran MW， et al. PPARgamma as a therapeutic target for tumor angiogenesis and metastasis［J］. Cancer Biol Ther， 2005，4（7）: 687-693.

［27］ Goetze S， Eilers F， Bungenstock A， et al. PPAR activators inhibit endothelial cell migration by targeting Akt［J］. Biochem Biophys Res Commun， 2002，293（5）: 1431-1437.

［28］ Scoditti E， Massaro M， Carluccio MA， et al. PPARgamma agonists inhibit angiogenesis by suppressing PKCalpha- and CREB-mediated COX-2 expression in the human endothelium［J］. Cardiovasc Res， 2010， 86（2）: 302-310.

［29］ Hatanaka H， Koizumi N， Okumura N， et al. Epithelial-mesenchymal transition-like phenotypic changes of retinal pigment epithelium induced by TGF-beta are prevented by PPAR-gama agonists［J］. Invest Ophthalmol Vis Sci， 2012， 53（11）: 6955-6963.

福建省自然科學基金（2013J01305），通信作者：鄭衛(wèi)東，E-mail:wdzheng@163.com。